xx小城市热电厂电气部分设计

毕 业 论 文

题目XX小城市热电厂电气部分设计

姓 名 XXX 学 号 XXXXXXXXXXX 系（院）XXXXXXXXXXX 班 级 XXXXXXXXXXXX

指导教师 XXX 职 称 XX

20XX年 06月01日

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目 录

摘 要 ........................................................................................................................ I ABSTRACT .................................................................................................................. II 前言 ............................................................................................................................. III 设计概述 ....................................................................................................................... 1 第一篇电气一次部分 ................................................................................................... 2

第一章电气主接线设计 ....................................................................................... 2

第一节电厂总体分析与负荷分析 ............................................................... 2 第二节主变压器配置方案的确定 ............................................................... 3 第三节各电压等级接线方式的确定 ........................................................... 5 第二章短路电流计算 ........................................................................................... 7

第一节电路元件参数的计算 ....................................................................... 7 第二节短路电流计算 ................................................................................... 8 第三章电气设备的选择 ..................................................................................... 18

第一节最大长期工作电流的确定 ............................................................. 18 第二节电气设备的选择 ............................................................................. 20

第二篇电气二次部分 ................................................................................................. 23

第一章继电保护的作用及基本要求 ................................................................. 23 第二章保护配置方案设计 ................................................................................. 24

第一节电路元件参数的计算 ..................................................................... 25 第二节短路电流计算 ................................................................................. 26 第三章高压配电装置布置 ................................................................................. 36 结束语 ......................................................................................................................... 38 参考文献 ..................................................................................................................... 39

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摘 要

本次设计的主要内容包括电气一次部分设计和电气二次部分设计。其中电气一次部分包括电气主接线及高压厂用电接线设计、短路电流计算及主要电气设备选择、配电装置设计等，电气二次部分设计主要包括主要设备及输电线路的保护设计、变压器保护整定计算、110KV线路距离保护的整定计算，10KV线路保护整定计算。在对发电厂一次系统分析的基础上，对发电厂的配电装置布置、一次断面图、电气设备的选择均做了初步简单的设计。课程设计的过程是一次将理论与实际相结合的初步过程，起到学以致用，巩固和加深对电气工程及其自动化专业的理解，树立工程设计的观念，提高了电力系统设计的能力的作用。 关键词：电气设计、一次部分、二次部分、保护

I

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ABSTRACT

Themaincontentofthisdesignincludesanelectricalpartdesignandelectricaltwopartdesign.Theelectricalpartincludeselectricalwiringdesign,short-circuitcurrentcalculationandselectionofmainelectricalequipment,powerdistributionequipmentdesignandhighplantmainelectricalwiring,electricaldesign,protectiondesignmainlyincludestwopartsofmainequipmentandtransmissionlinetransformerprotectiontuning,110KVlinedistanceprotectionsettingcalculation,calculationofintegral10KVlineprotection.Based on the analysis of power plant is a system, power distribution equipment, power plant layout for a section, the choice of electrical equipment have done a preliminary simple design. The process of course design is the initial process of a combination of theory and practice, to learn in order to practise, consolidate and deepen our understanding of the electrical engineering and automation professional understanding, establish the concept of engineering design, improve the ability of power system design of the role.

Keywords: Electricaldesign,Apart,Twopart,Protection

II

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前言

本次设计为一个总装机容量为150MW热电厂的电气一次、二次部分的初步设计，并以此次设计为契机，复习、回顾“电力系统自动化”专业所学的各专业课知识，结合电力系统的现场实际，理论联系实践，提高独立分析和解决电力实践问题的能力，从面更深刻的理解本专业所学知识，更好的服务于电力生产，为电力系统的发展做出自已的贡献！

III

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设计概述

本次设计的项目为一个总装机容量为150MW热电厂，共有四台机组，其中装机容量为25MW的机组两台(型号：QF2-25-2)，装机容量为50MW的机组两台）型号：QFQ-50-2）。25MW机组的厂用电率为10%,50MW机组的厂用电率为8%。 该项目厂址位于主要电、热用户附近，其服务对象是一个以重工业为主的新兴产业园，交通方便、水源丰富、燃煤充足，属于地区电厂靠近城镇型。该地区年最高温度40度，年最低温度零下16度，最热月平均最高温度32度。厂区无严得污染，土壤热阻率ρt=120℃?cm/w,土壤温度20度。

该项目采用1条110KV输电线路（厂系线）直接与系统相联系；另一条110KV输电线路（厂甲线）经过变电站甲与系统成环网，该项目还设双回110KV线路（厂乙线I、厂乙线II）向变电站乙供电。甲、乙变电站的主要用户化工厂及一些乡镇工业、农副产品加工业、农业、居民用电等。另外该项目还有11条10KV线路负荷。本次设计的主要内容包括电气一次部分设计和电气二次部分设计。其中电气一次部分包括电气主接线及高压厂用电接线设计、短路电流计算及主要电气设备选择、配电装置设计等，电气二次部分设计主要包括主要设备及输电线路的保护设计、变压器保护整定计算、110KV线路距离保护的整定计算，10KV线路保护的整定计算。

1

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第一篇电气一次部分

第一章电气主接线设计

电气主接线主要是指发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用。 电气主接线应满足以下几点要求：

1）供电可靠性：主接线系统应保证对用户供电的可靠性，特别是保证对重要负荷的供电。

2）运行的灵活性：主接线系统应能灵活地适应各种工作情况，特别当一部分设备检修或工作情况发生变化时，能够通过倒换开关的运行方式，做到调度灵活，不中断向用户的供电。在扩建时应能很方便的从初期建设至最终接线。 3）主接线系统还应保证运行操作的方便以及在保证满足技术条件的要求下，做到经济合理，尽量减少占地面积，节省投资。

第一节电厂总体分析与负荷分析

根据电气主接线设计原则，结合给寂静接电厂容量2x25MW+2x50MW,机组台数为4台，根据原始资料中给出的4回110KV及11回10KV线路回数，在主要负荷中，对于印染厂、纺机厂等一级负荷必须有两个独立电源供电，当任何一个电源失去后，保证对其不间断供电；对于棉一、二厂、食品厂、市区线等负荷只需一个电源供电，因此根据主要负荷性质和要求以及接入系统情况、交通环境情况，作以下综合分析：

一、该项目的必要性分析：

该电厂装机空量为2ⅹ25MW+2ⅹ50MW,项目投产后将占系统总容量（1000MVA）比重为：

因此建设该热电厂很有必要性，该项目属于地区性质的中小规模的承担重要供

2

s电厂2?25?2?50d?s电厂＝?15%2?25?2?50?1000/0.8?s系统淄 博 职 业 学 院 毕 业 论 文

电任务的热电厂。

由于该项目所处城市交通便利，水源充足、煤炭资源丰富、相关资金可靠，因此该项目的建设可行。 二、主要负荷分析：

根据本项目所接带负荷的同时率以及厂用电负荷,由于该项目出线回路较多,并且负荷性质不同,因此同时系数取较小值,Kt=0.9. 1、10KV母线综合最大负荷的计算:

P∑10KVmax=Kt

?i?111Pmaxi=0.9×(3+3+3+2+2+2.5+2.5+3+3+2+3)

=26.1MW

S∑10KVmax=P∑10KVmax/COSφp=26.1/0.8=32.625MVA 2、10KV母线综合最小负荷的计算: P∑10KVmin=0.7×P∑10KVmax=0.7×26.1=18.27MW S∑10KVmin=P∑10KVmin/COSφp=18.27/0.8=22.84MVA 3、110KV母线综合最大负荷的计算: P∑110KVmax=Kt

?i?12Pmaxi=0.9×(30+20)=45.1MW

S∑110KVmax=P∑110KVmax/COSφp=45.1/0.8=56.25MVA 4、110KV母线综合最小负荷的计算: P∑110KVmin=0.7×P∑110KVmax=0.7×45.1=31.5MW S∑110KVmin=P∑110KVmin/COSφp=31.5/0.8=39.375MVA

第二节主变压器配置方案的确定

主变配置有以下两种备选方案，见图1-1。

3

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图1-1

分别对以上两种方案进行技术经济分析：

在方案a中：4台发电机组均连接于机端母线上，厂用负荷也同接于该母线上，通过两台升压变压器向系统送电，比较经济，投资较小，一台或两台机组停运，也不会造成多系统的危害，可以保证厂用电系统供电的可靠性。但该方案中系统送电方式可靠性差，灵活性差，若一台主变检修，另一台一旦发生故障，此时该电厂与系统解列，将会影响系统安全。并且选择的主变压器容量较大，故障的短路电流也很大，对其它设备的选择要求较高，影响其经济性。

在方案b中：据我国现行的《火力发电厂设计技术规程》规定，接在机端母线的主要变压器不能少于两台。因此采用两台25MW机组直接接在机端母线上，两台50MW机组采用单元接线方式，直接送入系统，保证供电可靠性，提高其灵活性。若#1、#2或#3、#4机组退出系统检修时，另外两台可以向其厂用部分送电，保证了机组的安全。并且主变压器的容量可以不必选择太大，短路时的电流并不是很大，便于选择配套装置。缺点是主变台数较多，投资较大。

由于本项目所带负荷较多，在系统中处于重要地位，一旦失去供电，将对社会产生较大影响，对企业造成很大损失，因此根据上述分析，主案b应为最佳方案。 接地机端母线上主变压器的容量选择：

根据《电力工程电气设计手册》规定，连接在发电机机端母线与系统之间的主变压器容量应满足以下要求：

当发电机机端母线上负荷最小是，能将发电机机端母线上的剩余有功和无功容量送入系统，即： 2SB≥2SG-(2S厂+S∑10KVmin)＝ 故：SB≥16.705MVA

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2*252*25-（*10%+22.84）＝33.41MVA 0.80.8淄 博 职 业 学 院 毕 业 论 文

2、发电机端母线与系统连接的变压器一般为两台，当其中一台主变压器退出运行时，别一台变压器应能承担70%的容量，即： SB≥0.7*[SG1-(S厂G1+S∑10KVmin)]

即SB≥0.7*（(25/0.8)-（（(25/0.8)*10%+22.84））＝23.387MVA

3、发电机机端母线上最大一台发电机停用时，变压器能承担系统供给发电机机端母线的最大负荷容量，即：

2SB≥S∑10KVmax+S厂G1-SG1＝33.41-25/0.8=2.15MVA 故：两台主变可满足该条件。

根据上述计算结果，接于#1,#2机组的主变压器应选SFL7-25000/110型变压器两台。

三、单元接线主变压器容量选择：

由于#3、#4机组直接与110KV系统连接，具有单元接线的主变压器容量应满足以下要求：

按照发电机的额定容量扣除厂用电负荷后，应留有10%的裕度，即： SB≥1.1*(SG3-S厂)＝1.1*（

5050-*8%）=63.25MVA

0.80.8按照发电机的最大连续输出容量扣除本机组的厂用负荷后能输送容量，即：

50?1.150?1.1-*8%＝63.25MVA

0.80.8注：上式中发电机最大连续输出容量按照过负荷10%考虑。 SB≥SGmax-S厂＝

根据上述计算，结合单元接线变压器与发电机配套原则，根据变压器的相关技术资料，选择SFL7-63000/110型变压器两台。

第三节各电压等级接线方式的确定

一、110KV主母线接线方式的设计：

根据“火力发电厂设计技术规程”的相关规定，高压配电装置的接线方式，决定于电压等级的出线回路数：

1、110KV配电装置的出线回数小于两回，可采用单母线接线。 2、110KV配电装置的出线回数为3~4回时，可采用单母分段。

3、110KV配电装置的出线回数为5回及以上，或110KV配电装置在系统中占重要地位，出线回数为4回及以上时，可采用双母线接线，如下图所示两种备选方案：

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双母线接线的优点：

1、供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路。

2、调度灵活，各个电源和各回路负荷可以任意分配至某一组母线上，能灵活地适应系统中各个运行方式调度和潮流变化的需要。

3、扩建方便，向双一的左右任何一个反向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷分配，不会引起原有回路的停电。

4、便于试验，当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开，单独接至一条母线上。

双母线接线的缺点：

1、与单母线相比，增加一组母线使每个回路增加一个母线隔离开关，使投资增大。 2、当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。为了辟免隔离开关误操作，需要在隔离开关和断路器之间装设联锁装置，增加了投资。 上述两种方案的区别主要在于方案a增加了旁路母线，即出线开关故障检修时可以用旁母连续供电，但是，由于增加了旁母线及相关设备，使香操作复杂，投资增加。针对本设计中允许线路停电检修开关，没有必要增加旁路母线，故选择上述方案b,即110KV选择双母线接线方式。 二、10KV电压等级母线接线方式的设计：

根据“为力发电厂设计技术规程”的相关规定，高压配电装置的接线方式，决定于电压等级的出线回路数：

1、6~10KV配电装置的出线回路不超过5条，可采用单母接线。 2、6~10KV配电装置的出线回路为6回以上时，可采用单母线分段接线。 3、6~10KV配电装置，当短路电流大，出线需要带电抗器时可采用双母线接线。 4、6~10KV配电装置，进出线回数为10~14回时，在一组母线上用断路器分开，即采用双母线分段接线。

根据以上原则，由于该项目的10KV线路负荷有11回，因此采用双母线分段，如下图所示：

上述接线方式中，用分段断路器把I段母线分段，每段分别用母联断路器与备

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用母线II相连。此种接线具有单母分段和双母线两者的优点，具有很高可靠性、灵活性，适用于大中型发电厂6~10KV广泛采用。当每段母线上发电机总容量或负荷为25MW及以上时，都采用此接线方式。 在10KV接线中，粗略估算其短路电流大小为：

?125/0.8??1??Ief?＝2×?I〞=2×????13.6/100??＝25.27KA X``d??10.5?3??其中X〞为25MW发电机次暂态电抗。

根据可供选择的10KV少油断路器参数，其开断电流一般仅为16KA，因此需要加装电抗器进行限流，根据给定的可供先选择的电抗器技术数据在分段开关处应选择NKL10-1500-10型，在各出线开关处应加装NKL-10-300-4型电抗器。 根据以上综合分析，10KV接线方式应选择为双母分段带电抗器接线。

第二章短路电流计算

电力系统设计中进行短路电流计算的主要目的有： 1、校验电气设备的机械稳定性和热稳定性。 2、校验开关的遮断容量。

3、确定继电保护及自动装置的定值。 4、为系统设计用选择电气主接线提供依据。 5、进行故障分析

6、确定输电线路对相邻通信线路的电磁干扰。

第一节电路元件参数的计算

一、基准容量取Sb=100MVA.

基准电压取平均电压，即Ub=Uar(10.5KV,115KV) 二、各无件的电抗计算 1、发电机： XG1*＝XG2*=

?Xd1×

Sb13.6100==0.4352 ?SG110025/0.8 7

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XG3*＝XG4*=

?Xd3×

Sb11.6100==0.1856 ?SG310050/0.82、变压器： XT1*＝XT2*=

SbUK1%×=(10.5/100)×(100/25)=0.42 S100T1Sb10.5100UK1%×==0.167 ?ST110063100XT3*＝XT4*=

第二节短路电流计算

1、设置d1点为短路点，则等值网络简化如下，见图1-2。

图1-2

X1＝XS+XL1//(XL2+XL3)=0.09+

(0.181?0.151)?0.242=0.23

(0.181?0.151)?0.242X2=(XT3+XG3)//(XT4+XG4)=

(0.167?0.1856)?(0.167?0.1856)=0.1763

(0.181?0.151)?(1.167?0.1856)(0.42?0.4352)?(0.42?0.4352)=0.4276

(0.42?0.4352)?(0.42?0.4352)8

X2=(XT1+XG1)//(XT2+XG2)=

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则对应的计算电抗：

1000=2.3 100100/0.8=0.22 X2*js=0.1763×

10050/0.8=0.267 X3*js=0.4276×

100X1*js=0.23×

查汽轮发电机运算曲线数字表，得： 系统：I*``＝0.4348I0.2*＝0.4348I∞*＝0.4348 发电机G1、G2:I*``＝4.167I0.2*＝3.1I∞*＝2.403 发电机G3、G4:I*``＝4.938I0.2*＝3.487I∞*＝2.444 所以短路电流为：

系统：I*``＝I0.2*＝I∞*＝0.4348×

SG1G23?UbSG1G23?Ub10003?115＝2..1829KA

(25?25)/0.83?115发电机Ｇ1、G2：I``=I*``×

=4.167×=1.301KA

I0.2=I0.2*×=3.1×

(25?25)/0.83?115(25?25)/0.83?115=0.973KA

I∞=I∞*×

SG1G23?UbSG3G43?Ub=2.403×=0.754KA

发电机G3、G4：I``=I*``×

=4.938×

(50?50)/0.83?115=3.101KA

I0.2=I0.2*×

SG3G43?Ub=3.487×

(50?50)/0.83?115=2.189KA

I∞=I∞*×

D1点总的短路电流为：

SG3G43?Ub=2.444×

(50?50)/0.83?115=1.535KA

I``＝2.1829+1.301+3.101＝6.5849KA I0.2＝2.1829+0.937+2.189＝5.3449KA I∞＝2.1829+0.754+1.535＝4.4719KA

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Iimp=2.55×I``=2.55×6.5849=16.7915KA

2、设置d2点为短路点，则等值网络简化过程，见图1-3。

图1-3

X1=Xs+XL1//(XL2+XL3)=0.09+

(0.181?0.151)?0.242=0.23

(0.181?0.151)?0.242X2=(XT3+XG3)//(XT4+XG4)=

(0.167?0.1856)?(0.167?0.1856)=0.1763

(0.167?0.1856)?(0.167?0.1856)X3=

XT1?XT20.42?.42==0.148

XT1?XT2?XK10.42?0.42?0.349XT1?XK10.42?.349==0.123

XT1?XT2?XK10.42?0.42?0.34910

X4=

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/vi8t.html